對于大多數(shù)PCB來說，較高的信號頻率已很常見， 因此PCB內部產生的熱量就會越大，導致平面熱管理問題已越來越重要。工程師一直在嘗試用各種類型的散熱膏、散熱基板，以及不同形式的散熱片（如鋁、銅等）來解決熱管理問題；同時，電子行業(yè)仍在尋求更少占用空間、更有效、更經濟的解決方案。Magi Scitech公司將碳納米技術與導熱系數(shù)非常高的石墨烯相結合，已經在納米級厚度的平面熱管理技術上取得了突破，該技術可為無人駕駛汽車、平板電腦及其他個人裝置提供熱管理方案。

石墨烯是一種碳的同素異形體（碳），是由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。它是很多其它形式碳的基本結構元素，如：石墨、鉆石、木炭、碳納米管和富勒烯。石墨烯的厚度比一張紙的一百萬分之一還??；由于它如此之薄，所以它可以被認為是二維結構。石墨烯的扁平蜂窩圖形賦予它許多不同尋常的特征，包括是目前世界上最強的材料。它的強度來源于不間斷的六邊形結構和碳原子之間的強鍵。這種強大的鍵合具有很大的韌性，可扭曲、拉伸、彎曲到一定程度而不會斷裂，這意味著石墨烯是可彎曲和可伸展的。

石墨烯的革命性材料特性包括：

• 有史以來最強的材料；

• 科學上現(xiàn)知的最薄的材料；

• 高韌性和極佳的透光率；

• 地球上最不可滲透的材料；

• 創(chuàng)記錄的熱導率和電導率；

• 以及難以置信的高效節(jié)能。

隨著自動駕駛汽車的問世，將會使用更多的計算機算力，控制臺、車載互聯(lián)網、無線網絡和傳感器陣列，這會導致消耗更大的CPU功率，各類新應用的疊加相應會顯著增加熱量。而新型石墨烯薄膜在汽車方面的應用必將不斷擴展。

因此，對散熱的需求也相應增加了。用傳統(tǒng)的鋁散熱片會擴大控制臺和其他相關計算機/電子系統(tǒng)的尺寸，而使用新型石墨烯薄膜散熱片的平面散熱管理方案不僅厚度更薄，而且散熱更有效。

圖1：一種采用新型石墨烯薄膜散熱片的散熱輻射結構

石墨烯非常適用于平面散熱管理和電子封裝應用。它可以分散在噴涂油墨和涂料的溶液中，并與聚合物混合，從而對其熱特性起到實質性的增強。了解到這一點后，研究人員利用石墨烯獨特的導熱能力和碳納米顆粒，以及金剛石粉末顆粒，制成石墨烯復合薄膜，可極大地增強其熱性能。此外，金剛石粉末顆?？山档褪┑膶щ娦裕瑥亩粫CB和電子元器件造成任何電磁干擾（EMI）問題。

現(xiàn)已申請專利的石墨烯復合薄膜工程方法是將石墨烯與金剛石粉末顆粒集成網狀結構，允許不間斷的熱傳導。此外，結構網格的孔內填充有碳納米顆粒（具有0.98的熱輻射散度）以增加熱輻射效率。在X和Y平面上具有極高熱導率的石墨烯薄膜散熱片，與在Z平面上的碳納米顆粒的紅外熱輻射有效轉換作用相結合，可以以3D形式傳遞熱量。石墨烯薄膜的熱導率受限于X和Y平面，而新型石墨烯復合薄膜在Z平面上也具有極佳的熱擴散能力。因此，石墨烯復合薄膜的平面熱管理性能比石墨散熱片好得多，因為它不僅可在X和Y平面上散熱，也可在Z平面上散熱。

這些納米材料的高極化率使它們能夠均勻地分布在薄膜表面，從而最大化熱輻射冷卻效果。石墨烯薄膜的納米結構加強了它的電氣絕緣特性，因而它可承受2 KV的高壓。散熱層通過紅外輻射具有高水平的散熱能力，因此即使在受限空間中也增加了熱發(fā)射?？筛鶕?jù)產品的要求，在薄膜下添加金屬層加快納米結構層的熱發(fā)射，促進更大的熱輻射。

石墨烯薄膜散熱片的厚度為25 μm~210 μm，與傳統(tǒng)的散熱架相比非常薄。石墨烯薄膜散熱片可含有一層幾微米到幾十微米的石墨烯，再加一層幾十微米的鋁或銅；或只含有一層石墨烯。這種既輕又薄的散熱薄膜很適合用于智能手機、iPads、平板電腦和其它的便攜式裝置，以及小的元器件如ICs、LED和DDR存儲器。

石墨烯薄膜通常是粘附在發(fā)熱源的表面，或是PCB的頂部或底部。也可將石墨烯薄膜加到各種手機的外殼正面或背面，或是加在發(fā)熱源的上面或底部。薄膜不會干擾天線性能，所以如果必要，也可加在天線區(qū)域。當然，實際的安排將取決于器件的布局和熱源的位置。

圖2：石墨烯薄膜可施加到PCB的頂部和底部

圖3：在現(xiàn)有的鋁散熱片上增加石墨烯薄膜可改善散熱，或可直接使用石墨烯薄膜取代鋁散熱片

再來進一步關注PCB，因為芯片是通過其引腳和晶片頂部區(qū)域輻射熱量，使用銅布線、接地平面和熱通孔，再通過石墨烯薄膜來加速熱傳遞和輻射是一個好主意。薄膜面積越大，散熱效果越好，所粘附的薄膜應該靠近發(fā)熱源。對現(xiàn)有的PCB進行測試，要在粘附薄膜之前去除防護漆（熱阻非常高）。在批量生產時，石墨烯薄膜應該沒有防護漆。為了達到最佳效果，要在薄膜和PCB之間抽真空，這點很重要。薄膜表面有電氣絕緣涂層，因此，要小心處理，以免刮傷涂層。最后，如果可能，要在電路板的兩面都粘附薄膜。如果不行，將薄膜加在有較多元器件的一面，在薄膜上做孔，露出有元器件的區(qū)域。采用這些粘附方法，可解決PCB的散熱問題，顯著提高封裝的散熱性能。

圖4：在PCB的一面或兩面加一層石墨烯薄膜可減小鋁散熱片的尺寸

過去4年，已經對石墨烯薄膜散熱片應用的各種領域，如玻璃外殼和金屬殼的智能手機、LED燈、平板及筆記本電腦等產品，進行了廣泛測試，結果非常理想。實驗證明，各種電子裝置的運行溫度明顯下降，幅度達到了23%~52%（具體下降幅度取決于所測試的裝置類別）。

Magi Scitech正在不斷創(chuàng)新和改進其石墨烯薄膜產品，并且還能為客戶按要求定制。此外，現(xiàn)已開發(fā)出了能夠噴涂在金屬表面（如不銹鋼、鋁及銅）的石墨烯油墨，厚度可達5 μm 到20 μm（此厚度為最有效的噴墨厚度范圍），用以增加金屬的導熱性。